지난 7월 29일 교육과학기술부(장관 안병만)와 한국연구재단(이사장 박찬모)은 2009년도 선도연구센터육성사업(ACE; Advanced Center of Excellence) 신규센터 총 12개를 선정해 발표했다. 이공학분야(S/ERC), 기초의약학분야(MRC), 학제간융합분야(NCRC)로 나누어진 이번 사업은 ‘초기 총 108개의 과제 응모’라는 치열한 경쟁률로 많은 이목이 집중되어 왔다. 국내 대학에 산재돼 있는 우수한 연구 인력을 특정분야별로 조직·체계화해 세계적 수준의 선도 과학자군으로 육성하기 위한 선도연구센터육성사업 2009신규센터로 선정된 KAIST 인터페이스 분자제어 연구센터 김세훈 교수를 만나보았다.

‘0%부산물과 100% 수율의 친환경 화학반응’ 꿈의 촉매 구현

▲ KAIST 인터페이스 분자제어 연구센터 김세훈 교수

인터페이스는 새로운 분자소자나 촉매기능의 핵심요소로서 서로 다른 물질의 경계면을 말한다. 인터페이스의 특성이 소자 등의 기능에 절대적인 영향을 미친다는 사실은 이미 널리 알려져 있는데, 새로운 분자 소자나 촉매를 개발하기 위해서는 인터페이스를 분자수준에서 이해하고 제어해야만 한다. 2003년 사이언스지에 실린 기사에 ‘분자소자를 구현하기 위해서는 분자/표면 인터페이스 상에서의 문제점들을 우선 해결해야 한다’고 할 정도로 이들의 이해와 제어 연구가 절실하며 그 중요성 또한 크게 부각되고 있다.
KAIST 인터페이스 분자제어 연구센터를 전두지휘하고 있는 김 교수는 “화학자들의 오랜 꿈은 화학반응을 제어하여 0%부산물과 100% 수율의 친환경 화학반응을 통해 우리가 원하는 화합물을 합성하는 일일 겁니다. 즉, 맞춤형 화학 반응을 위한 꿈의 촉매가 필요하다는 것이죠. 촉매표면에서 분자들의 반응 경로를 제어할 수 있다면 이러한 꿈의 촉매를 만들 수 있게 되는데, 이는 촉매표면에서 분자들의 구조, 반응 등을 원자수준에서 이해해야만 가능합니다.”라고 피력한다. 분자/촉매 표면 인터페이스 제어 원리 이해를 통해 촉매 반응의 경로를 제어 하고 꿈의 촉매를 구현하고자 센터에서 사력을 다하겠다는 것이다. 이를 위해서는 실제 촉매에 가까운 모델 촉매를 제작해 이에 대한 촉매 반응을 연구해야한다. 또한 실제 촉매 반응이 일어나는 반응조건과 같은 실험 조건에서 실시간에 촉매반응을 측정할 수 있는 연구방법에 대한 연구가 필요하다. 김 교수는 “저희 센터에서는 실제촉매의 특징을 지닌 모델 인터페이스 촉매를 제작해 촉매 반응기작을 규명할 뿐 아니라, 이를 촉매반응에 직접 응용하는 새로운 개념의 맞춤형 스마트 인터페이스 촉매 개발에 필요한 기초연구를 수행해 나갈 계획입니다.”라고 밝혔다.
특히, 센터의 연구 수행에 있어 각 분야 연구진들의 유기적인 협동 연구가 이목을 집중시킨다. 표면화학자들만으로는 힘든 연구를 수행함에 있어 분석, 유기 및 촉매화학 등 관련분야 전문가들이 한자리에 모여 연구를 펼치게 되는 것이다. 선진국과 달리 개별적인 연구가 활발한 국내 연구 환경에서 각 분야의 우수 연구진들이 협동연구를 펼친다는 것은 그만큼 시너지 효과를 발휘할 뿐 아니라, 새로운 연구 활로를 개척한다는데 도전적인 평가가 모아진다. 우수한 인터페이스 분자제어 분야의 국내 연구진들과 우수한 교수진 및 대학원생이 집결해 있는 대학의 강점이 바탕이 되어 이들이 첫발을 내딛은 협동연구가 머지않아 세계를 리드할 수 있는 혁신연구로 자리매김 할 것으로 기대된다.

▲ 인터페이스 분자제어 연구센터는 ‘인터페이스를 분자수준에서 제어하는 원리를 이해하고 이를 바탕으로 그린 촉매의 기반을 확립’하는데 목표를 두고 있다.

표면기능화에 의한 그린 촉매 및 합성법 개발
인터페이스 분자제어 연구센터는 ‘인터페이스를 분자수준에서 제어하는 원리를 이해하고 이를 바탕으로 그린 촉매의 기반을 확립’하는데 목표를 두고 있다. 이들이 추구하는 그린 촉매는 활성이 우수한 균일 촉매와 친환경적이며 재사용이 가능한 비균일 촉매들의 장점을 융합한 새로운 개념의 하이브리드형 인터페이스 촉매를 말한다. 이는 에너지원 고갈 문제 등 새로운 에너지 개발이 절실한 오늘날, 정부의 녹색성장에 일조함은 물론 국가 경쟁력 강화에 큰 힘을 실어줄 것으로 평가되고 있다. 김 교수는 ‘촉매고정화 그린 촉매계를 개발하고 향후, 실용적인 그린 화학적 합성법을 개발해 표면기능화에 의한 그린 촉매 및 합성법을 통한 그린촉매의 상용화를 구현할 것’이라며 ‘순수의약, 에너지원, 고기능성 재료 개발을 위한 원천기술을 개발해 국가 경쟁력제고에 일익을 담당할 수 있도록 최선을 다하겠다’고 밝혔다. 고부가가치 키랄의약품 개발은 물론, 신생체모방형 소재 원천기술 확보, 새로운 개념의 센서, 분자소자를 개발해나가는 KAIST 인터페이스 분자제어 연구센터의 발자취는 인터페이스제어 연구 선도 센터로 세계에 우뚝 선 대한민국의 저력을 보여줄 것이다.
마지막으로 우수 인력 양성을 주도하는 대학 본연의 역할에도 매진할 것임을 피력하는 김 교수는 ‘도전적이고 창의적인 과제를 수행해나가는 센터의 강점을 최대로 살려 창의성과 능동성을 지닌 미래 글로벌 선도 과학자를 육성’할 것이라고 전했다. 
대한민국 기초연구 위상 제고는 물론, 세계적인 연구센터로 자리매김해나갈 인터페이스 분자제어 연구센터의 꾸준한 선전을 당부하며, 집중적인 협동 연구를 통해 인터페이스 제어 및 그린촉매 연구분야의 새로운 장을 열어나가는 이들의 행보에 귀추를 주목해본다. NM